園林灌溉設備的發(fā)展現狀

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提要：本文針對我國園林灌溉近十年的發(fā)展，把園林灌溉設備進行了試分類，淺析了園林灌溉設備的發(fā)展思路，重點闡述了園林灌溉的灌水器和主要自動控制設備的發(fā)展現狀，以及與農業(yè)灌溉設備的主要區(qū)別。

　　關鍵詞：園林灌溉；灌溉設備；灌溉控制；園林灌水器；電磁閥

　　1、園林灌溉設備分類

　　這種以用途為中心的分類有利于客戶針對自己的需求，準確地選擇灌溉產品，同時有利于制造商分門別類的研發(fā)產品和對市場需求的把握，用于區(qū)別各制造商的業(yè)務范圍。

　　按這種方式主要分為城市園林灌溉設備（Landscape）、高爾夫球場灌溉設備（Golf）、庭院灌溉設備（Garden）。比如美國的RAINBIRD、TORO、HUNTER等多家公司，盡管技術背景和從業(yè)時間有所不同，但都具備前兩類產品的制造能力，而德國的GARDENA公司致力庭院灌溉產品的制造。

　　在上述分類前提下，工程技術人員針對不同植物配水的要求，方便解決具體問題，需要全面準確地選擇園林灌溉設備，因而又有如下更加詳細的分類：

　　2、園林灌溉設備的發(fā)展思路

　　2.1灌水器的發(fā)展思路

　　園林灌水器與農業(yè)灌水器的發(fā)展思路有很大差別，可以簡單概括為“隱藏、美觀、噴灌射程多變、微灌流量寬泛”。

　　園林灌溉是園林植物養(yǎng)護的主要手段之一，相對于園林領域所追求的景觀效果，園林灌溉處于附屬地位，園林灌水器不僅要滿足景觀植物的配水要求，而且要突出景觀效果的整體美，不能喧賓奪主。因而園林灌水器的開發(fā)，要優(yōu)先考慮隱藏技術，如果暴露在外，追求暴露面積最小且與周圍景觀協調。

　　園林植物采用的是“喬、灌、草”結合、以藝術曲線分割種植的模式，追求的是藝術效果和生態(tài)效益。由此引起噴灌區(qū)域的形狀多變，從而要求噴灌灌水器的射程必須多變，同時必須能夠調節(jié)噴灑扇形，避免噴灑在路上，盡量不影響游人興致，以適應園林植物配水的要求。

　　園林灌溉系統(tǒng)是市政給水系統(tǒng)的一個組成部分，其工作方式受到市政給水系統(tǒng)功能和城市綠地休閑功能的制約。園林綠地基本都是人群活動的密集區(qū)，不允許在人群密集活動時進行灌溉作業(yè)，同時又要避開市政用水的高峰期，不能和城市生活生產“爭”水，沒有農業(yè)灌溉的那樣全天候工作的“窗口”，因此留給園林灌溉的作業(yè)時間非常有限，這是和農業(yè)灌溉的最大區(qū)別。從而要求園林灌水器，尤其園林微灌灌水器的流量明顯比農業(yè)的要大，必須在有限的作業(yè)時間內，保證完成園林植物的養(yǎng)護配水。

　　2.2自動控制設備的發(fā)展思路

　　隨著世界灌溉行業(yè)的發(fā)展，灌溉控制設備的研制，已經發(fā)展成為一個大的產業(yè)。園林灌溉控制設備的發(fā)展思路為：

　　1、高端設備：以植物需水為核心，緊密追隨網絡和現代通信技術；

　　2、中端設備：以時序控制為核心，積極采用友好界面和漢化編程技術；

　　3、低端設備：以無需市電、操作簡便為核心，努力附加通訊功能。

　　園林灌溉和農業(yè)灌溉的自動控制設備有所區(qū)別，因為園林的種植是“喬、灌、草”混種，各種植物需水量不同，灌溉系統(tǒng)是噴灌、微灌、手動補水的混合系統(tǒng)，灌水頻率高，受市政給水系統(tǒng)工作方式的制約，因此，在一個系統(tǒng)中控制不同灌溉方式同時滿足不同植物需水成為復雜任務，即園林灌溉的自動控制，注重的是景觀植物養(yǎng)護的灌水控制；而農業(yè)灌溉往往是一類植物單一的灌水方式，可以全天候作業(yè)，追求的是農產品的產量和品質，灌水的控制相對簡單，但對均勻施肥、施藥、無土栽培營養(yǎng)液的加注等要求較高。

　　3、灌水器發(fā)展現狀

　　3.1城市園林灌水器的現狀

　　城市園林灌水器按照出流量的大小分為噴灌和微灌兩大類別。噴灌主要用于解決草坪和大面積修剪的灌木、綠籬的灌水和洗塵。微灌主要應用于窄條綠籬、叢狀灌木和樹木的灌溉。

　　3.1.1埋藏式散射噴頭

　　目前國外散射噴頭壟斷市場，這種噴頭具有結構簡單，無旋轉驅動的機構，工作壓力在0.2Mpa左右，射程3-6m，噴嘴系列達幾十種，適應園林造景的各種形狀；升降高度有5、10、12、15、24、40cm多種規(guī)格，用于解決小型草坪、屋頂花園和不同高度綠籬的灌溉。不同噴嘴和不同升降高度又有很多組合方案，已經滿足園林造景的灌溉要求。

　　但是，這種噴頭組合噴灌強度大，灌水時間短，需要頻繁使用，因此，噴頭的密封止水和彈簧的壽命是關鍵技術。由于這種噴頭結構簡單，國內一些小型企業(yè)試圖仿制，已經有些產品上市，但企業(yè)沒有嚴格的檢測設備，國家也沒有制造和檢測標準，產品的性能與國外產品不能相提并論，尤其在密封和彈簧壽命方面，和國外產品差距很大。

　　3.1.2埋藏式旋轉噴頭

　　國外的埋藏式旋轉噴頭已經發(fā)展為從7-24m射程的一系列產品。其旋轉驅動機構經歷搖臂驅動、球驅動到塑料齒輪驅動的三大跨越式發(fā)展，目前市場的主流產品為塑料齒輪驅動旋轉噴頭。搖臂驅動埋藏式旋轉噴頭還有一定的市場份額，主要用于水質比較差的區(qū)域，而球驅動正在逐步退出市場。主導國內市場的塑料齒輪驅動旋轉噴頭均為進口產品。

　　塑料齒輪驅動的埋藏式旋轉噴頭，7-15m射程的主要用于城市草坪灌溉，16-24m射程的噴頭主要用于運動場自然草坪的灌溉。

　　國外埋藏式旋轉噴頭的發(fā)展趨勢為，系列噴嘴隨噴頭體一起提供，噴灑扇性角度調整、射程縮減調整和角度記憶功能集于一體。

　　近兩年出現運動場人造草坪的專用噴頭，用途是人造草坪的噴淋，減少運動員和人造草坪的摩擦，延長人造草坪的壽命；人造草坪的運動場不允許在場地里面布置噴頭，噴頭必須布置在運動場的四邊，如曲棍球場、馬術場等，因此，噴頭的射程要達到40m以上，也是埋藏式旋轉噴頭，但為水力活塞驅動旋轉，實現了埋藏、旋轉和噴槍功能的結合，而且可以調節(jié)旋轉速度，完全不同于塑料齒輪驅動的埋藏式旋轉噴頭。此噴頭的出現，把埋藏式旋轉噴頭的射程范圍擴展到一個空前的水平，而且也可以用在運動場自然草坪的養(yǎng)護灌溉，傳統(tǒng)的運動場噴頭受到了挑戰(zhàn)。國內有個別企業(yè)以仿造的方式，生產塑料齒輪驅動的埋藏式旋轉噴頭，但國內沒有相關制造和檢測標準，尚沒有形成真正意義上的產業(yè)化。

　　3.1.3園林微灌灌水器

　　國外園林微灌灌水器用來解決灌木、綠籬和樹木的灌溉，主要有滴灌管、滴頭、微噴、涌泉灌、樹木根部灌水器等一系列產品，除了涌泉灌，其它產品都具有壓力補償功能，這是園林灌溉的特殊要求決定的。這些產品相對于農業(yè)微灌而言，具有自己明顯的特點：

　　1）優(yōu)先考慮隱藏技術，不破壞園林景觀的整體美；

　　2）造型美觀，用不同的顏色適應園林景觀的整體效果；

　　3）品種繁多，滿足多種園林植被和園林造型的不同需要；

　　4）流量范圍更加寬泛，適應園林灌溉在短時間內灌完的要求，避免和城市用水高峰疊加。

　　在國外，園林和農業(yè)微灌產品是不同的兩個體系，制造商開發(fā)產品也是沿著不同的思路進行。比如城市里的樹木很多栽植在鋪裝地里，因此就開發(fā)了樹木根部灌水器，不僅解決灌溉，而且解決了樹木根部的補氣問題，這相對于農業(yè)微灌，具有非常特殊的功能。

　　目前國內園林微灌產品還是一個空白領域，沒有制造商致力于該類產品的研發(fā)和制造。國內園林灌溉目前的水平，只是著力解決草坪灌溉，多數灌溉系統(tǒng)為噴灌和澆灌結合的方式，園林微灌市場剛剛起步，還需要一個認識和推廣的過程。隨著節(jié)約型社會的發(fā)展，城市節(jié)水力度的加大，園林灌溉會做得越來越細，園林微灌產品將會得到廣泛推廣。

　　3.2高爾夫球場灌水器的現狀

　　噴灌是高爾夫球場灌溉的唯一方式，但針對高爾夫球場的灌溉特點和要求，開發(fā)出適合球道、果領、發(fā)球臺、高草區(qū)灌溉的一系列噴頭，除了高草區(qū)多用可調噴灑扇形角度的搖臂噴頭外，其它噴頭均為埋藏式噴頭。高爾夫灌溉噴頭的突出特點是噴頭體和電磁閥集于一體，工作壓力、流量、射程均比園林灌溉噴頭大，一般工作壓力0.4-0.6Mpa，射程在20-30m，流量7-12t/h。也有一類是噴頭本身不帶電磁閥，但在國外已經較少應用。

　　目前國內的高爾夫球場灌溉噴頭完全依賴進口產品，國內沒有這類產品的生產企業(yè)。

　　3.3庭院灌水器現狀

　　隨著我國房地產的發(fā)展，近年來出現高檔住宅社區(qū)和別墅區(qū)，一部分人擁有了私家花園，適應庭院灌溉的產品才從國外走進國門，這個市場剛剛起步。

　　庭院灌溉設備的開發(fā)思路是，滿足主人料理和養(yǎng)護私家花園的情趣，在家享受田園勞作的過程，營造自然生態(tài)的情景。所以這類灌水器多為小射程散射噴頭、手持式和移動式噴灑器，而且噴灑花型繁多可調，水源為自來水，壓力、流量、射程都較小。比如俗稱的“花灑”就是典型的庭院灌水器。歐洲在國際上引領這類產品的市場，如德國的GARDENA公司，就專門致力于庭院灌溉產品的生產。在我國這類產品的生產也是空白。

　　4、灌溉自動控制設備的發(fā)展現狀

　　灌溉自動控制設備主要沿著三條主線發(fā)展，分為高端、中端和低端三大類別。

　　4.1高端控制設備

　　這類產品是隨著計算機和現代數據通訊技術的發(fā)展而產生，主要有兩類：一類是基于氣象站的中央計算機灌溉控制設備；另一類是由計算機控制，但不和氣象站通訊。這兩類都在數據通訊的前提下進行指令下達和反饋，但最大區(qū)別是，前者以實時監(jiān)測到的氣象數據并計算出植物需水量為核心，實現灌溉系統(tǒng)的智能控制，后者則以閥門的開關為中心，實現系統(tǒng)啟閉的集中控制。

　　1）基于氣象站的中央計算機灌溉控制設備：由氣象傳感器把與植物需水相關的氣象參量，反饋給中央計算機控制決策設備，通過中央計算機預裝的專用軟件，運算出植物前一天損耗的水量，并決策今天是否補充水分和補多少水分；若需補水，中央計算機向下屬的各控制器發(fā)出指令；控制器接到指令即控制其轄區(qū)內的機組（或總閥門）和電磁閥的啟閉，在一定的時間內按一定的順序自動完成園林綠地的灌溉并自動停機，相當于工廠里的智能生產線。

　　這種控制設備主要用于大型園林或高爾夫球場灌溉系統(tǒng)的控制。在產品研發(fā)和生產中，盡管工作原理基本一致，但因為高爾夫球場只是控制噴灌，而園林灌溉系統(tǒng)既有噴灌又有微灌、植物繁多、需水量不一致，因此用于園林和用于高爾夫球場的中央計算機灌溉控制設備是不同系列的產品。用于園林的中央計算機灌溉控制設備相對復雜，小到控制某個公園或廠區(qū)，大到控制整個城市的園林灌溉；而用于高爾夫球場的中央計算機灌溉控制設備，雖然是控制一個或幾個相連的同屬于一個業(yè)主的高爾夫球場，灌溉方式大多數為單一的噴灌，但是，由于高爾夫球場的果嶺、發(fā)球臺、球道、高草區(qū)的草種不同，立地條件不同，需水量不同，

　　因此，高爾夫球場的噴灌系統(tǒng)要求控制不同區(qū)域的噴頭工作，甚至控制到每一個噴頭，要求的灌水精度比園林更精確，更是農業(yè)噴灌無法比擬的。

　　目前國內有些項目已經安裝了中央計算機園林灌溉控制系統(tǒng)，如頤和園、香港迪斯尼樂園、奧運會水上公園等灌溉系統(tǒng)；有些正在安裝，如森林公園、奧林匹克公園中心區(qū)的灌溉系統(tǒng)。

　　2）不配置氣象站的中央計算機控制設備：這類控制設備需要管理人員的參與，把管理人員自己判斷的植物需水量輸入計算機，計算機依據這個參數進行運算和下達指令，達到集中控制灌溉系統(tǒng)運行的目的，至于灌水量是否滿足植物需水，完全取決于管理人員對植物需水的判斷。盡管這類設備有時也配備一些風速、雨量、霜凍等傳感器，在特殊氣象條件下，這些傳感器只是給出系統(tǒng)中斷運行的開關量，而與植物的實時需水量無關。一般用于園林灌溉系統(tǒng)的控制，不用在高爾夫球場。

　　目前，國際一些知名的灌溉公司，已經著手研制下一代高端灌溉控制設備，將利用有線或無線網絡平臺進行遠程控制。

　　4.2中端控制設備

　　任何灌溉系統(tǒng)都是針對某種植物在某種需水量條件下而設計的，因此，系統(tǒng)供水流量是既定的；要灌到某種植物的需水量，最終反映在需要灌多長時間上。這種產品就是把灌水時間作為控制參量，從而實現自動灌溉。

　　工作原理是，灌溉管理人員預先將開始灌溉時間、每站灌水延續(xù)時間、每站機組啟動方式等基本參數輸入控制器，從而編制出一個或四個灌溉程序，亦即同時可將四套灌溉方案存入控制器；然后選擇目前需要運行的某個程序，控制器自動執(zhí)行你所選擇的這一套灌溉方案并發(fā)出指令，自動啟閉機組和按一定輪灌順序進行灌溉，實現自動化灌溉。

　　這類產品無須數據通訊，只是簡單的電信號傳輸。目前園林自動控制灌溉系統(tǒng)，絕大部分是這種控制方式。高爾夫球場不能用此類控制設備。

　　4.3低端控制設備

　　這類設備主要是用干電池驅動，無須市電。用來解決無電地區(qū)或難于解決電源的地區(qū)，比如高速公路的防護林或綠化帶，城市園林很少應用。此類控制設備，也可以簡單編程，自動運行電磁閥，但不能控制供水機組。在國外灌溉控制設備已經形成龐大的產業(yè)，在我國無論高、中、低端灌溉自動控制設備，僅僅有部分科研院所在試驗研制之中，沒有明確的針對性，思路不象國外那么清晰，目前還沒有形成批量生產，更談不到產業(yè)化。

　　5、電磁閥的現狀

　　電磁閥是自動控制灌溉系統(tǒng)中的重要設備，在自動灌溉系統(tǒng)中常用的隔膜式電磁閥，采用“電控水動”的工作方式。當電信號傳到電磁閥上的電磁頭時，電磁頭自動打開隔膜上部的與電磁閥出口相通的排水孔，隔膜上部的水壓釋放，而管道系統(tǒng)的壓力作用在隔膜下部，隔膜被迫上移打開閥門；當電信號中斷時，隔膜上部的排水孔被關閉，隔膜中間有一小孔連通隔膜上下部，下部水體穿過此孔進入隔膜上部，由于隔膜上部面積大于下部面積，當隔膜上下壓強相等時，上部水壓力大于下部，隔膜下移關閉閥門。由此可見，電磁閥受電信號控制，但最終依靠水壓力啟閉，因此到電磁閥處的水壓力不得低于它啟閉所要求的最小工作水壓；另外，隔膜是隨其上部水壓力逐漸釋放或增加而上下移動，緩慢啟閉電磁閥，這一點對灌溉系統(tǒng)是極其重要的，它可有效減小管道中的水錘，防止水錘對灌溉系統(tǒng)的破壞。

　　園林灌溉用的電磁閥，應該具備如下特點：

　　1）必須做到緩慢啟閉，最大限度防止水錘；

　　2）必須是弱電控制：因為電磁閥都安裝在行人密集的露天公共場所，如果是強電控制，一旦漏電，后果不堪設想。

　　3）必須做到防水密封：因為電磁閥安裝在閥門井或閥門箱內，雨季會在閥門井里積水，又置于地下，常年在潮濕的環(huán)境中工作，一旦防水密封不佳，極易出現漏電現象，影響灌溉系統(tǒng)運行。

　　4）耗電量必須很低：因為電磁閥一般都是交流電輸入，工作時需要一直供電，如果耗電量大，運行費將很高。進口的灌溉電磁閥功率一般約6-7VA，電流0.28-0.30A左右，電壓24V。

　　我國還沒有專門生產灌溉電磁閥的企業(yè)，目前園林和高爾夫球場用的灌溉電磁閥，均是國外知名灌溉企業(yè)的產品。

　　6、結語

　　國家統(tǒng)計局最新發(fā)布的資料表明，我國農村人口占總人口的比例降到56%；國家建設部指出，我國城鎮(zhèn)化水平提高到了43.9%，進入快速增長期，全國設市城市656個，建制鎮(zhèn)約2萬個。隨著我國城市化進程的迅猛發(fā)展，城市綠地的規(guī)模也隨之擴大，但我國又面臨水資源匱乏的嚴酷局面，對園林節(jié)水灌溉的要求將與日俱增，因此，需要我國盡快出臺園林灌溉行業(yè)的制造和檢測標準，加強相關企業(yè)和設備的認證，促進園林灌溉行業(yè)合理、有序、快速的發(fā)展，以適應城市化進程的需要。

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